Wat is PESA-radar? Hoe werkt het en wat moeten technici controleren?

Een passieve elektronisch gescande array, ofwel PESA-radar, maakt doorgaans gebruik van een relatief gecentraliseerde RF-zend-/ontvangarchitectuur om vele antenne-elementen via een distributienetwerk aan te sturen. Elektronisch gestuurde faseverschuivingen bepalen de relatieve fase van de elementen, waardoor de gecombineerde straling een bundel vormt in de gewenste richting. De volledige antenne-opening hoeft niet mechanisch te roteren bij elke richtingsverandering.

Kort antwoord:PESA biedt elektronische bundelsturing met een relatief gecentraliseerde RF-architectuur. De werkelijke prestaties hangen echter van meer af dan alleen de afkorting. Ingenieurs moeten de versterking over de scanhoek, het verlies in het voedingsnetwerk, de werkbandbreedte, de zijlobben, de polarisatie, de kalibratie, de duty cycle, de thermische limieten en het meetreferentievlak controleren voordat ze kunnen bepalen of een ontwerp aan de toepassing voldoet.

Dit is belangrijk omdat een specificatie die alleen in de hoofdrichting is gemeten, de omstandigheden kan verbergen die de prestaties in het veld bepalen. Een hoge piekversterking laat niet zien hoe de bundel verandert nabij de rand van het scanbereik. Een breed werkfrequentiebereik bewijst niet dat de bundelrichting stabiel blijft over de hele band. In de volgende paragrafen wordt uitgelegd hoe een PESA werkt en welke vragen het integratierisico verkleinen.

Hoe werkt een PESA-radar?

Een PESA-architectuur kan op verschillende manieren worden geïmplementeerd, maar het signaalpad bevat doorgaans vijf functionele fasen. Sommige systemen gebruiken submatrices of redundante kanalen, dus het blokschema moet altijd worden gecontroleerd aan de hand van het daadwerkelijke ontwerp.

1. Golfvormgeneratie en RF-conversie. De exciter genereert de gewenste golfvorm en zet deze om naar de werkfrequentie. De zender verhoogt vervolgens het signaal tot het vereiste vermogensniveau.
2. Vermogensverdeling. Een voedingsnetwerk verdeelt het verzonden signaal over meerdere paden. Het netwerk kan gebruikmaken van golfgeleiders, transmissielijnen, vermogensverdelers, koppelaars en andere microgolfcomponenten.
3. Fasecontrole. Een faseschuiver in elk elementpad, of in elk subarraypad, verandert de signaalfase volgens de gewenste bundelrichting. De faseverandering over de opening bepaalt waar constructieve interferentie optreedt.
4. Straling en bundelvorming. De antenne-elementen stralen samen. Hun velden versterken elkaar sterk in de gekozen richting en heffen elkaar gedeeltelijk op in andere richtingen, waardoor een hoofdbundel en zijlobben ontstaan.
5. Ontvangst en kalibratie. Gereflecteerde signalen keren via de opening en het voedingsnetwerk terug naar de ontvangerketen. Kalibratiegegevens corrigeren fase- en amplitudeverschillen die worden veroorzaakt door componenttoleranties, temperatuur, frequentie en veroudering.

Elektronische besturing kan de bundel veel sneller verplaatsen dan het fysiek herpositioneren van een grote opening. De bruikbare scansnelheid is echter ook afhankelijk van de timing van de golfvorm, de besturingsvertraging, de signaalverwerking en de radarresourceplanner. De stuursnelheid van de antenne alleen bepaalt niet hoeveel doelen of taken de complete radar kan ondersteunen.

Waarom wordt het een passieve elektronisch gescande array genoemd?

Het woord passief beschrijft de RF-architectuur bij de opening. In een conventionele PESA-antenne bevatten de antenne-elementen niet elk een complete actieve zend- en ontvangstmodule. Een gecentraliseerde RF-keten levert en ontvangt energie via het voedingsnetwerk, terwijl de fasecontrolecomponenten de bundel vormgeven. De array heeft nog steeds elektrische voeding nodig voor aansturing, schakeling, koeling en andere functies.

PESA-radar is ook anders dan passieve radar. Passieve radar detecteert normaal gesproken reflecties van externe zenders of andere lichtbronnen. PESA is een antenne- en RF-distributiearchitectuur die kan worden gebruikt in een actief zendende radar. Het verwarren van deze twee betekenissen leidt tot onjuiste systeemvereisten.

Welke parameters bepalen de PESA-prestaties?

De meest bruikbare specificatie is een matrix van prestaties ten opzichte van frequentie, scanhoek, polarisatie en bedrijfsomstandigheden. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de items die moeten worden gedefinieerd voordat arrays worden vergeleken of een offerte wordt aangevraagd.

Waarom verandert de prestatie met de scanhoek?

Een phased array is doorgaans het sterkst in de buurt van de hoofdrichting, de richting loodrecht op de opening. Naarmate de bundel verder van de hoofdrichting af wordt gestuurd, wordt de geprojecteerde opening kleiner in de scanrichting. Het stralingspatroon van de elementen kan ook minder straling opleveren bij de ingestelde hoek. Voedingsfouten, onderlinge koppeling, structurele toleranties en een radome kunnen verdere vervorming veroorzaken.

Het resultaat kan onder andere scanverlies, een bredere bundelbreedte, verschoven zijlobben, een hogere kruispolarisatie of een richtingsfout omvatten. Deze veranderingen worden niet weergegeven door één enkele versterkingswaarde in de hoofdrichting. Voor een antenne-array die bedoeld is om onder een specifieke hoek te scannen, dient u versterkings- en patroongegevens op te vragen in de hoofdrichting, onder één of meerdere tussenliggende hoeken en aan de rand van de gewenste sector. Herhaal de controle bij de laagste, middelste en hoogste werkfrequentie.

De afstand tussen de elementen verdient bijzondere aandacht. Als de afstand te groot is ten opzichte van de golflengte en de scanhoek, kunnen ongewenste roosterlobben in het zichtbare spectrum terechtkomen. Een ontwerp dat acceptabel is aan de onderkant van de band, kan zich anders gedragen bij de hoogste frequentie, waar dezelfde fysieke afstand meer golflengten vertegenwoordigt.

Hoe beïnvloeden bandbreedte en bundelafwijking een PESA?

Veel PESA-systemen gebruiken faseverschuivers om een ​​faseverloop te creëren dat correct is bij een geselecteerde frequentie. Wanneer de frequentie verandert, kan dezelfde fase-instelling de bundel in een andere hoek richten. Deze frequentieafhankelijke richtingsverschuiving wordt vaak bundelscheefstand genoemd. De omvang van het effect hangt af van de bandbreedte, de scanhoek, de architectuur en het type fasecontrolenetwerk.

Een breedbandvereiste vereist daarom meer dan alleen een specificatie van het frequentiebereik. Vraag naar de bundelrichting, versterking, zijlobben en polarisatie over het frequentiebereik en de scanhoek. Sommige ontwerpen gebruiken echte tijdvertragingselementen, subarraytechnieken of frequentieafhankelijke correcties om bundelafwijkingen te verminderen, maar deze keuzes brengen hun eigen verliezen, complexiteit, afmetingen en kalibratievereisten met zich mee.

Waar spelen netwerkverliezen een rol?

In een typische monostatische PESA met een gedeelde opening speelt het voedingsnetwerk een rol in zowel het zend- als het ontvangstpad. Vermogensverdelers, transmissielijnen, golfgeleiders, faseverschuivers, schakelaars en overgangen dragen allemaal bij aan invoegverlies. Tijdens het zenden verminderen deze verliezen het vermogen dat aan de opening wordt geleverd en genereren ze warmte. Tijdens het ontvangen kan verlies vóór de ontvanger de gevoeligheid en het effectieve dynamische bereik verminderen.

Verlieswaarden moeten gekoppeld zijn aan een duidelijk referentievlak. Een opgegeven antenneversterking kan een kabel, draaikoppeling, golfgeleiderovergang, fasecontrolenetwerk of radome die in het geïnstalleerde systeem aanwezig is, uitsluiten. Vergelijk tijdens de acceptatie de gemeten gegevens met dezelfde configuratie en hetzelfde referentievlak als in de specificatie gebruikt.

Betekent PESA 'One Frequency' of 'One Target'?

Acht vragen die u moet stellen voordat u een PESA-array integreert.

1. Welke werkfrequenties en momentane bandbreedtes moeten worden ondersteund, en welke waarden zijn verplicht voor het volledige scanbereik?
2. Welke azimut- en elevatiebereiken zijn vereist, en is de volledige opening mechanisch vastgezet, draaibaar of op een andere manier verplaatsbaar?
3. Welke limieten gelden voor versterking, EIRP, bundelbreedte, zijlobben en kruispolarisatie in de hoofdrichting en bij de maximale scanhoek?
4. Welk piekvermogen, gemiddeld vermogen, pulsbreedte en duty cycle moeten het voedingsnetwerk en de opening aankunnen?
5. Waar bevinden zich de referentievlakken voor zendvermogen en ontvangstgevoeligheid, en welke verliezen in kabel, golfgeleider, faseverschuiver en radome zijn hierbij inbegrepen?
6. Hoe wordt de array gekalibreerd op basis van frequentie, temperatuur en scanhoek, en hoe wordt drift na installatie gedetecteerd?
7. Welke connector-, golfgeleider-, montage-, radome-, afmetings-, gewichts- en omgevingsbeperkingen zijn van toepassing op de geïnstalleerde configuratie?
8. Welke metingen zullen de acceptatie aantonen, en zal de testopstelling de operationele polarisatie, frequentie, vermogen en scanomstandigheden reproduceren?

PESA en AESA bedienen verschillende architectuurkeuzes.

Zowel PESA als actieve elektronisch gescande array-radar (AESA) gebruiken gecontroleerde faseverhoudingen om bundels te sturen. Het belangrijkste verschil zit in de locatie waar de actieve RF-generatie en -ontvangst plaatsvinden. Een PESA stuurt over het algemeen een gecentraliseerde zender- en ontvangerarchitectuur via een voedingsnetwerk en faseverschuivers. Een AESA verdeelt daarentegen veel actieve zend- en ontvangstmodules over de opening of de subarrays. De implementatie van bundelvorming – analoog, hybride of digitaal – is een aparte ontwerpdimensie en mag niet worden beschouwd als synoniem met het onderscheid tussen PESA en AESA.

AESA biedt meer redundantie, flexibiliteit in golfvormen en snelle planning van multifunctionele modules, maar stelt ook hoge eisen aan stroomdistributie, koeling, kalibratie en modulebesturing. PESA kan praktisch blijven wanneer een gecentraliseerde RF-architectuur voldoet aan de missie- en integratievereisten. Lees voor een gedetailleerde vergelijking van de architecturen het artikel van RF MISO.Vergelijking tussen AESA- en PESA-radarsystemenDe juiste keuze moet gebaseerd zijn op meetbare vereisten, in plaats van op de aanname dat het ene acroniem altijd beter is dan het andere.

Hoe moet een PESA-array worden gemeten en geaccepteerd?

Acceptatietesten moeten de omstandigheden reproduceren die in de prestatiespecificatie zijn beschreven. Documenteer minimaal de frequentiepunten, polarisatie, scancommando's, vermogensniveau, duty cycle, kalibratiestatus, radomeconditie en RF-referentievlak. Meet of verifieer de versterking, bundelbreedte, richtnauwkeurigheid, zijlobben en kruispolarisatie bij representatieve scanhoeken.

Het benodigde bereik en de opstelling zijn afhankelijk van de diafragmagrootte, de frequentie en het meetdoel. Methoden voor verre velden, compacte metingen of metingen in het nabije veld kunnen geschikt zijn. RF MISO'santenne testmogelijkhedenBeschrijf de relevante meetmiddelen, maar de uiteindelijke methode en het onzekerheidsbudget moeten worden overeengekomen voordat de acceptatietests beginnen.

RF MISO-ondersteuning voor de evaluatie van array-antennes

RF MISO is een fabrikant van RF- en microgolfantennes die onderzoek, metingen en systeemintegratie op het gebied van antennes ondersteunt. RF MISO biedt geen complete PESA-radar aan als standaard antenneproduct. Relevante technische discussies beginnen met de eisen aan de antenne-apertuur, de voeding en de interface, die kunnen worden geverifieerd aan de hand van een gedefinieerde frequentieband, polarisatie, versterking, bundelbreedte en mechanische eigenschappen.

Ingenieurs kunnen RF MISO beoordelen.array-antenneproductenEnvlakke antennesals uitgangspunt voor discussies over componenten en openingen. Beschikbare standaardproducten vormen niet automatisch een PESA-radar, en de geschiktheid moet worden bevestigd aan de hand van de volledige systeemarchitectuur.

Voor een eerste technische bespreking dient u de volgende gegevens te verstrekken: de werkfrequentieband, de momentane bandbreedte, de polarisatie, de vereiste versterking, de scansector, de streefwaarde voor de zijlobben, het piek- en gemiddelde vermogen, de RF-interface, de apertuurgrootte, de montagebeperkingen, de omgevingsomstandigheden en de verwachtingen ten aanzien van de acceptatietest. Met deze informatie kan het engineeringteam bepalen welke antenne- en testopties nader onderzoek vereisen.

Send the project requirements to info@rf-miso.com or neem contact op met RF MISOvia de website.

Veelgestelde vragen

Waar staat PESA voor?

PESA staat voor Passive Electronically Scanned Array (passieve elektronisch gescande array). Het maakt doorgaans gebruik van een relatief gecentraliseerde RF-zend-/ontvangstarchitectuur, een voedingsnetwerk en gecontroleerde faseverschuivingen om de bundel over een antenne-opening te sturen.

Waarom wordt een PESA passief genoemd als het stroom doorgeeft?

Passief betekent dat er bij elk antenne-element geen complete actieve zend- en ontvangstmodule aanwezig is. De radar maakt nog steeds gebruik van actieve RF-, besturings-, kalibratie- en koelapparatuur.

Kan een PESA-radar meerdere doelen volgen?

Dat kan variëren, afhankelijk van de bundelplanning, de herhalingsfrequentie, het golfvormontwerp, de ontvangstkanalen en de verwerking. Het label PESA alleen definieert de beoogde capaciteit niet.

Is PESA hetzelfde als een phased array-antenne?

PESA is een RF-architectuur met gefaseerde antennes, terwijl gefaseerde antennes het bredere antenneconcept omvatten. AESA is een andere RF-architectuur. Analoge, hybride en digitale beamforming beschrijven hoe beamforming wordt geïmplementeerd en vormen een aparte classificatiedimensie in plaats van equivalente alternatieven voor PESA of AESA.

Welke gegevens moeten worden gecontroleerd bij de maximale scanhoek?

Controleer de versterking of het scanverlies, de bundelbreedte, de richtnauwkeurigheid, de zijlobben, de kruispolarisatie en het impedantiegedrag bij de vereiste frequenties en de geïnstalleerde configuratie.

Wanneer kan PESA een praktische keuze zijn?

PESA kan praktisch zijn wanneer elektronische besturing vereist is en een gecentraliseerde RF-keten kan voldoen aan de eisen op het gebied van bandbreedte, scan, vermogen, betrouwbaarheid, thermische belasting en onderhoud. De beslissing moet gebaseerd zijn op systeemmetingen en beperkingen met betrekking tot de levenscyclus.